JPS6354243B2 - - Google Patents
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- JPS6354243B2 JPS6354243B2 JP13633881A JP13633881A JPS6354243B2 JP S6354243 B2 JPS6354243 B2 JP S6354243B2 JP 13633881 A JP13633881 A JP 13633881A JP 13633881 A JP13633881 A JP 13633881A JP S6354243 B2 JPS6354243 B2 JP S6354243B2
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/11—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on acousto-optical elements, e.g. using variable diffraction by sound or like mechanical waves
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- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明はアナログ電気信号の時間遅延を音響
光学的手法を用いて行い、遅延時間を高速度で変
化させることによつて信号の時間軸圧縮、伸長、
逆転、およびサンプルホールドを行う電気信号の
時間軸変換装置に関するものである。Detailed Description of the Invention This invention delays the time of an analog electrical signal using an acousto-optic method, and by changing the delay time at high speed, the time axis of the signal can be compressed, expanded,
The present invention relates to an electrical signal time base conversion device that performs reversal and sample and hold operations.
従来よりアナログ電気信号の時間遅延を行うい
くつかの方法が考えられてきている。その第1は
デイジタルメモリ等によつて電気信号を一時記憶
し、読み出し時刻の制御を行う方法である。この
方法を装置化したものは汎用性に富み、高精度が
期待できるが、アナログ信号の波形再現精度を確
保するために非常に多くの記憶素子を必要とし、
かつ、A−D(アナログ−デイジタル)およびD
−A変換器を必要とする。よつて、装置が非常に
複雑な構成となり、高価である。次にCCD
(Charge Coupled Device)、BBD(Bucket
Brigade Device)等の信号転送遅延素子を用い
る方法があるが、この方法も良好な遅延信号波形
を得るには、多数の素子と複雑な電気回路を必要
とする。また、SAW(Surface Acoustic
Wave:表面弾性波)素子を使用する方法も前記
例と同様に複雑な回路構成を必要とし、かつ、遅
延時間が素子形状で決定されるため、容易に可変
できない欠点をもつ。さらにまた、アナログ信号
を磁気テープなどに記録し、再生時刻を制御する
方法もあるが、これら機械的動作を伴う方法に
は、装置が大形化する欠点、あるいは、動作時間
や安定性に関する問題がある。 Several methods have been considered for time delaying analog electrical signals. The first method is to temporarily store electrical signals in a digital memory or the like and control the readout time. Devices based on this method are highly versatile and can be expected to have high accuracy, but they require a large number of memory elements to ensure the accuracy of waveform reproduction of analog signals.
and A-D (analog-digital) and D
- Requires an A converter. Therefore, the device has a very complicated structure and is expensive. Then CCD
(Charge Coupled Device), BBD (Bucket
There is a method using a signal transfer delay element such as a Brigade Device, but this method also requires a large number of elements and a complicated electric circuit in order to obtain a good delayed signal waveform. In addition, SAW (Surface Acoustic
The method using a wave (surface acoustic wave) element also requires a complicated circuit configuration as in the above example, and has the drawback that the delay time is determined by the element shape and cannot be easily varied. Furthermore, there are methods of recording analog signals on magnetic tape and controlling the playback time, but these methods that involve mechanical operations have the drawback of increasing the size of the device, or problems with operating time and stability. There is.
このように、アナログ信号の時間遅延を電子回
路や機械装置を用いて簡単に精度良く実行するこ
とは大変難しい。 As described above, it is very difficult to easily and accurately delay the time of analog signals using electronic circuits or mechanical devices.
本発明は、電気信号の時間軸処理に音響光学的
な空間信号処理の手法を用い、アナログ電気信号
を超音波信号に変換して空間的に一時記憶し、適
当な時刻に信号検出用の超音波と光とを用いてこ
の超音波信号を検出し、検出時刻と検出位置とを
制御することによつて検出信号の遅延時間を変化
させ、前記電気信号の時間軸圧縮、伸長、逆転、
およびサンプルホールドを行う電気信号の時間軸
変換装置を提供することを目的としている。 The present invention uses an acousto-optic spatial signal processing method for time axis processing of electrical signals, converts analog electrical signals into ultrasound signals, spatially temporarily stores them, and transmits the ultrasound signals at appropriate times for signal detection. This ultrasonic signal is detected using sound waves and light, and the delay time of the detection signal is changed by controlling the detection time and detection position, and the time axis of the electric signal is compressed, expanded, reversed,
It is an object of the present invention to provide a time axis conversion device for electrical signals that performs sample and hold operations.
本発明によれば、信号処理すべきアナログ電気
信号は液体等の超音波伝搬媒質が満たされている
音響光学的セルの内部に配置した第1の超音波振
動子に加えられ、前記セル内に超音波信号として
放射される。この超音波信号は超音波振動子面に
対向して配置された超音波吸収部材に到達して吸
収されるまで、前記アナログ電気信号の情報を空
間的な形で保持している。この時、前記アナログ
電気信号の時間軸は、前記超音波信号の伝搬方向
に設定した空間軸に対応している、空間的に保持
されている情報の読み出しは、前記空間軸の位置
座標の指定を第2の振動子より発射した超音波ビ
ームによつて行い、指定位置の情報検出を光を用
いて行う。すなわち、前記アナログ電気信号によ
る前記セル内の超音波信号全体に平面波光を照射
しつつ、検出すべき空間位置に幅の狭い超音波ビ
ームを発射すると、2つの超音波が光進行方向よ
り見て重なり合つている部分を通過した平面波光
に他の部分とは異なる特定の位相変化が生ずる。
この位相変化は1枚のレンズで光量変化に変換で
き、この光量変化を光電変換して得られる電気信
号は、前記アナログ電気信号の振幅自乗値に比例
する。ゆえに、前記光電変換して得られた電気信
号は、前記アナログ電気信号を超音波伝搬時間を
利用して時間遅延させたものとなり、遅延時間は
第1の振動子と前記2つの超音波の重なり合つた
部分との空間距離を前記セル内の超音波伝搬速度
で割つた値となる。前記超音波ビームの発射位
置、および発射時刻は電気信号によつて制御され
るため、遅延時間の高速かつ微細な変化を行なう
ことができ、また、前記超音波ビームの有無によ
つて信号サンプリング動作が可能であるため入力
したアナログ電気信号の遅延時間の異なるサンプ
リング信号を得ることができる。これらのサンプ
リング信号の遅延時間をわずかづつ規制的に変化
させたものを得、電気フイルタ回路で連続信号に
変換することにより、前記アナログ電気信号に時
間的伸長、圧縮などの時間軸処理を施した信号を
得ることができる。 According to the present invention, an analog electrical signal to be processed is applied to a first ultrasonic transducer placed inside an acousto-optic cell filled with an ultrasonic propagation medium such as a liquid; It is emitted as an ultrasonic signal. This ultrasonic signal retains the information of the analog electrical signal in a spatial form until it reaches and is absorbed by an ultrasonic absorbing member disposed opposite to the ultrasonic transducer surface. At this time, the time axis of the analog electrical signal corresponds to a spatial axis set in the propagation direction of the ultrasonic signal, and the reading of spatially held information is performed by specifying the position coordinates of the spatial axis. This is performed using an ultrasonic beam emitted from the second transducer, and information at the designated position is detected using light. That is, when a narrow ultrasonic beam is emitted to a spatial position to be detected while irradiating plane wave light to the entire ultrasonic signal in the cell based on the analog electric signal, two ultrasonic waves are generated when viewed from the light traveling direction. A specific phase change occurs in the plane wave light that passes through the overlapping part, which is different from that in other parts.
This phase change can be converted into a light amount change with one lens, and the electrical signal obtained by photoelectrically converting this light amount change is proportional to the squared amplitude of the analog electrical signal. Therefore, the electrical signal obtained by photoelectric conversion is the analog electrical signal delayed by using the ultrasonic propagation time, and the delay time is the overlap between the first transducer and the two ultrasonic waves. It is the value obtained by dividing the spatial distance to the matching portion by the ultrasonic propagation speed within the cell. Since the emission position and emission time of the ultrasonic beam are controlled by electrical signals, the delay time can be changed quickly and minutely, and the signal sampling operation is controlled by the presence or absence of the ultrasonic beam. Since it is possible to obtain sampling signals with different delay times of input analog electrical signals. The delay times of these sampling signals are obtained by changing them in a controlled manner little by little, and by converting them into continuous signals using an electric filter circuit, the analog electrical signals are subjected to time axis processing such as temporal expansion and compression. I can get a signal.
つぎに、図面を用いて本発明の詳しい説明を行
る。 Next, the present invention will be explained in detail using the drawings.
第1図は本発明の構成要素の1つである電気信
号処理用音響光学的セル(以下、発明の詳細な説
明では音響光学的セルという)1の実施例におけ
る構成図である。前記セルにはその内部に液体等
の超音波伝搬媒質2を充てんしてあり、対向する
両壁には光束を通過させる一対の光透過窓3a,
3bが備えられ、この窓を通過した光束の進行方
向に垂直に超音波が発射されるよう第1の振動子
4が配置されている。また、前記第1の振動子よ
り所定の距離だけ離れた場所に、前記光束の進行
方向と垂直に、かつ、前記第1の振動子より発射
された超音波と空間的に交差する超音波ビームを
発射させるための1個以上の第2の振動子5が配
列されている。さらに、第2図に示すように、前
記第1、第2の振動子に対向した壁面には超音波
を吸収し、無用の反射を防止するための超音波吸
収部材6a,6bが備えられており、前記各振動
子に個別に信号を加えるための信号入力端子7
a,7bが設けられている。 FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of an acousto-optic cell for electrical signal processing (hereinafter referred to as an acousto-optic cell in the detailed description of the invention) 1, which is one of the constituent elements of the present invention. The cell is filled with an ultrasonic propagation medium 2 such as a liquid, and has a pair of light transmitting windows 3a on both opposing walls that allow the light beam to pass through.
3b, and a first transducer 4 is arranged so that ultrasonic waves are emitted perpendicular to the traveling direction of the light beam passing through this window. Further, an ultrasonic beam that is perpendicular to the traveling direction of the light beam and spatially intersects with the ultrasonic wave emitted from the first transducer is provided at a location a predetermined distance away from the first transducer. One or more second oscillators 5 are arranged for emitting . Furthermore, as shown in FIG. 2, ultrasonic absorbing members 6a and 6b are provided on the wall facing the first and second transducers to absorb ultrasonic waves and prevent unnecessary reflections. and a signal input terminal 7 for applying a signal to each vibrator individually.
a and 7b are provided.
第3図は、前記音響光学的セルの内部における
超音波信号8と、超音波ビーム9の関係を示した
ものである。同図aに示すアナログ入力信号10
によつて振幅変調された周波数Sの正弦波信号を
前記信号入力端子7aに加え、第1の振動子4に
よつて前記セル内に超音波信号8として発射す
る。この超音波信号により前記セル内には超音波
伝搬物質の密度変化による光学的位相格子が形成
される。この位相格子は前記セル内の音速をvと
すれば(v/S)の格子定数をもつ、一次元進行
形正弦波格子であり、かつまた、その正弦波振幅
の最大値、すなわち、前記媒質中の密度変化の最
大値を示す抱絡線は前記アナログ入力信号によつ
て定められるものである。 FIG. 3 shows the relationship between the ultrasound signal 8 and the ultrasound beam 9 inside the acousto-optic cell. Analog input signal 10 shown in figure a
A sine wave signal having a frequency S whose amplitude is modulated by the oscilloscope is applied to the signal input terminal 7a, and is emitted as an ultrasonic signal 8 into the cell by the first vibrator 4. This ultrasonic signal causes an optical phase grating to be formed within the cell due to a change in the density of the ultrasonic propagating substance. This phase grating is a one-dimensional progressive sinusoidal grating having a grating constant of (v/ S ), where the speed of sound in the cell is v, and the maximum value of the sinusoidal amplitude is The entanglement line indicating the maximum value of the density change in the range is determined by the analog input signal.
つぎに、第3図bに示すように、第1の振動子
4よりx方向に距離Ldだけ離れた位置において、
第2の振動子5のうちの1つより前記平面波光の
入射方向と垂直に、かつ、前記超音波信号8と交
差するように超音波ビーム9を発射する場合を考
える。この超音波ビームの進行方向軸をyとす
る。x軸とy軸は必ずしも空間の1点において直
交させる必要はないが、同図では両軸の直交した
状態を示している。前記超音波ビームは前記第2
の振動子5に一定周波数Bの正弦波信号を加える
ことにより発射させる。この超音波ビームは前述
した超音波信号8の場合と同様に、前記セル内に
おいてy軸方向に進行する一次元位相格子を形成
する。この超音波ビームと前記超音波信号とが空
間的に交差している領域では、x、y軸両方向に
正弦波分布する二次元位相格子が形成される。こ
の二次元位相格子を通過した平面波光束は格子の
状態に応じて二次元的位相変化を受けるが、前記
超音波ビームの強度を一定に保つことにより、そ
の変化量および変化の分布はアナログ入力信号1
0の振幅値のみの変化によるものとなる。ゆえ
に、同図aに示したアナログ入力信号による超音
波が、同図bに示すように前記セル内を伝搬し、
前記超音波ビームがこれに交差するように発射さ
れた場合、前記二次元位相格子部分を通過した平
面波光には、同図aのアナログ信号の斜線部分の
面積値に対応した位相変化が生じる。超音波ビー
ム9のx軸方向長さPが、前記アナログ入力信号
の前記セル内における最小空間周期に比較し十分
小さな場合、前記斜線部分の面積値をもつて前記
アナログ入力信号の振幅値に近似することが可能
であるから、前記位相変化を生じた平面波光束の
二次元的変化分を後述する光学的方法で検出すれ
ば、時間(Ld/v)だけ遅延した前記アナログ
入力信号波形を得ることができる。 Next, as shown in FIG. 3b, at a position a distance Ld away from the first vibrator 4 in the x direction,
Consider a case where one of the second transducers 5 emits an ultrasonic beam 9 perpendicular to the direction of incidence of the plane wave light and intersects the ultrasonic signal 8. Let y be the traveling direction axis of this ultrasonic beam. Although the x-axis and the y-axis do not necessarily need to be orthogonal at one point in space, the figure shows a state in which the two axes are orthogonal. The ultrasonic beam is connected to the second ultrasonic beam.
is emitted by applying a sine wave signal of a constant frequency B to the vibrator 5. This ultrasonic beam forms a one-dimensional phase grating that travels in the y-axis direction within the cell, as in the case of the ultrasonic signal 8 described above. In a region where this ultrasound beam and the ultrasound signal spatially intersect, a two-dimensional phase grating having a sinusoidal distribution in both the x and y axes is formed. The plane wave light flux that has passed through this two-dimensional phase grating undergoes a two-dimensional phase change depending on the state of the grating, but by keeping the intensity of the ultrasonic beam constant, the amount of change and the distribution of the change can be controlled by the analog input signal. 1
This is due to a change only in the amplitude value of 0. Therefore, the ultrasonic wave caused by the analog input signal shown in Figure a propagates within the cell as shown in Figure b,
When the ultrasonic beam is emitted so as to cross this, a phase change occurs in the plane wave light that has passed through the two-dimensional phase grating portion, which corresponds to the area value of the shaded area of the analog signal in FIG. If the length P of the ultrasonic beam 9 in the x-axis direction is sufficiently small compared to the minimum spatial period of the analog input signal within the cell, the area value of the diagonal line portion approximates the amplitude value of the analog input signal. Therefore, by detecting the two-dimensional change in the plane wave light flux that caused the phase change using an optical method described later, the analog input signal waveform delayed by the time (Ld/v) can be obtained. Can be done.
つぎに、超音波ビーム9を短時間発射して、ア
ナログ入力信号10のサンプリングを行うことを
考える。第4図は、単発の超音波ビーム、すなわ
ち、パルス超音波11を第2の振動子5の内の1
つより発射した場合を示している。このパルス超
音波の空間的長さは、前記光透過窓3a,3bの
y軸方向長さWyに等しくする。同図aでは、説
明をわかり易くするため、超音波信号8を固定
し、パルス超音波11の動きによつて2つの超音
波が重なる様子を示している。前記パルス超音波
はAで示した位置より、Cの位置まで、前記超音
波信号を相対的に斜めに横切る。超音波の速度は
vであるから、このパルス超音波が前記光透過窓
を横切る時間TSはTS=2Wy/vであり、前記超
音波信号のy軸方向長さが前記窓のWyより大き
ければ、前記TSの値が1回のサンプリング動作
にかかる時間となる。サンプリングの結果得られ
る信号は、前述したように光量変化の形をとるた
め、これを光電変換すれば同図bに示すような時
間周期TSの三角波となる。同図に示したように、
B′点の値が同図aにおいてパルス超音波11が
光透過窓3a,3bと完全に重なつた場合のB点
の出力値を示し、サンプリング値を表示してい
る。ただし、前記光電変換時には、光電変換器の
自乗特性によつてサンプリング出力信号12の振
幅値がアナログ入力端子10の振幅値の自乗に比
例した値となるが、同図bではサンプリング出力
信号12を自乗圧縮した形でアナログ入力信号1
0と比較している。ここで同一の第2の振動子5
より時間周期TSで繰返し前記パルス超音波を発
射すれば、同図bに波線で示したような三角波の
繰返し波形が得られ、これら三角波の頂点を結ぶ
包絡線は前記アナログ入力信号の遅延波形を示し
ている。 Next, consider sampling the analog input signal 10 by emitting the ultrasonic beam 9 for a short period of time. FIG. 4 shows a single ultrasonic beam, that is, a pulsed ultrasonic wave 11, transmitted to one of the second transducers 5.
The figure shows the case of firing from one side to the other. The spatial length of this pulsed ultrasonic wave is made equal to the length W y of the light transmission windows 3a, 3b in the y-axis direction. In FIG. 1A, in order to make the explanation easier to understand, the ultrasonic signal 8 is fixed, and two ultrasonic waves are shown to overlap due to the movement of the pulsed ultrasonic wave 11. The pulsed ultrasonic wave crosses the ultrasonic signal relatively obliquely from the position indicated by A to the position C. Since the speed of the ultrasonic wave is v, the time T S for this pulsed ultrasonic wave to cross the light transmission window is T S =2W y /v, and the length of the ultrasonic signal in the y-axis direction is W of the window. If it is larger than y , the value of T S becomes the time required for one sampling operation. The signal obtained as a result of sampling takes the form of a change in the amount of light as described above, so if it is photoelectrically converted, it becomes a triangular wave with a time period T S as shown in b of the figure. As shown in the figure,
The value at point B' indicates the output value at point B when the pulsed ultrasonic wave 11 completely overlaps the light transmission windows 3a and 3b in figure a, and the sampling value is displayed. However, during the photoelectric conversion, the amplitude value of the sampling output signal 12 becomes a value proportional to the square of the amplitude value of the analog input terminal 10 due to the square characteristic of the photoelectric converter. Analog input signal 1 in square compressed form
It is compared with 0. Here, the same second vibrator 5
If the pulsed ultrasonic wave is emitted repeatedly with a time period T S , a triangular repetitive waveform as shown by the dotted line in Figure b is obtained, and the envelope connecting the vertices of these triangular waves is the delayed waveform of the analog input signal. It shows.
つぎに、パルス超音波11を複数の第2の振動
子5より、一定の順序に従つて発射することを考
える。基本的な発射順序として、隣り合つた第2
の振動子を1方向に順次1個ずつ振動する場合を
考える。第5図は、この様子を示している。同図
aでは超音波信号をその振幅値包絡線、すなわ
ち、アナログ入力信号波形で示し、パルス超音波
はイ〜ホに至る移動軌跡のみを実線で示した。ま
た、黒丸で示した点の出力値がサンプリング出力
信号の最大値となる。破線の移動軌跡は前図第4
図で説明したように単一の第2の振動子よりパル
ス超音波を発射した場合を示す。同図bに示した
サンプリング出力信号で明らかなように、前記パ
ルス超音波の発射順序を、第1の振動子4に順次
近づくような方向にとれば、各サンプリング出力
信号の遅延時間は除々に短くなり、この結果、ア
ナログ入力信号の時間軸が圧縮された形の遅延信
号が得られる。このとき、パルス超音波11のx
方向の移動速度vPをVP=P′/TSとすれば、前記
アナログ入力信号の時間軸圧縮の割合kCは
kC(v−vP)/v ………(1)
となる。同式においてvP=0、すなわちパルス超
音波が単一の第2の振動子5より発射されている
場合にはkC=1となる。また、vPの値が正値、す
なわち、パルス超音波の移動方向が第1の振動子
4より遠ざかる方向の場合、kCの値は小数とな
り、時間軸伸長を意味する。さらに、v=vPの場
合には、超音波信号とパルス超音波のx軸方向に
おける移動速度は等しくなり、kC=0となつてサ
ンプルホールドの状態となるvPの値がさらに大き
くなり、超音波信号の移動速度vを上回るとkCの
値は負となり時間軸の逆転した遅延信号が得られ
る。この様子を第6図に示す。前記第5図と同
様、同図aはアナログ入力信号10とパルス超音
波の軌跡を、また、同図bは出力信号を表わして
いる。 Next, consider emitting pulsed ultrasonic waves 11 from a plurality of second transducers 5 in a certain order. The basic firing order is to
Let us consider the case where the oscillators are vibrated one by one in one direction. FIG. 5 shows this situation. In FIG. 1A, the ultrasonic signal is shown as its amplitude value envelope, that is, the analog input signal waveform, and the pulsed ultrasonic wave shows only the movement trajectory from A to E as a solid line. Further, the output value at the point indicated by a black circle is the maximum value of the sampling output signal. The movement trajectory of the broken line is shown in Figure 4 above.
As explained in the figure, a case is shown in which pulsed ultrasonic waves are emitted from a single second transducer. As is clear from the sampling output signals shown in FIG. As a result, a delayed signal in which the time axis of the analog input signal is compressed is obtained. At this time, x of the pulsed ultrasonic wave 11
If the moving speed v P in the direction is V P = P'/T S , the time axis compression ratio k C of the analog input signal is k C (v-v P )/v (1) . In the same equation, when v P =0, that is, when pulsed ultrasound is emitted from a single second vibrator 5, k C =1. Further, when the value of v P is a positive value, that is, the moving direction of the pulsed ultrasound is in the direction away from the first transducer 4, the value of k C becomes a decimal number, which means time axis extension. Furthermore, in the case of v=v P , the moving speeds of the ultrasonic signal and the pulsed ultrasonic wave in the x-axis direction are equal, and the value of v P becomes even larger when k C =0, which results in a sample hold state. , when the moving speed of the ultrasonic signal exceeds v, the value of k C becomes negative and a delayed signal with a reversed time axis is obtained. This situation is shown in FIG. Similar to FIG. 5, FIG. 5a shows the trajectory of the analog input signal 10 and the pulsed ultrasonic wave, and FIG. 5b shows the output signal.
以上の説明によつて、音響光学的セル内1に存
在する超音波信号を、複数のパルス超音波を用い
て超音波伝搬方向に走査検出すれば、前記超音波
信号の時間軸圧縮、伸長、逆転、サンプルホール
ドが実現できることを示した。これらの時間軸処
理は、パルス超音波11のx軸方向移動速度vPで
定まるサンプリング周期と、前記セル内における
超音波伝搬による信号遅延時間との関係によつて
実現できるものであるため、前記vPの値によつて
処理可能なアナログ入力信号の最高周波数が制限
を受ける。 According to the above explanation, if the ultrasonic signal existing in the acousto-optic cell 1 is scanned and detected in the ultrasonic propagation direction using a plurality of pulsed ultrasonic waves, the time axis of the ultrasonic signal can be compressed, expanded, It was shown that reversal and sample hold can be achieved. These time axis processes can be realized by the relationship between the sampling period determined by the x-axis movement speed v P of the pulsed ultrasound 11 and the signal delay time due to ultrasound propagation within the cell, so the above v The maximum frequency of analog input signals that can be processed is limited by the value of P.
つぎに、音響光学的セル1内における2つの超
音波の重なり具合を検出する光学的方法について
説明する。第7図aに示すように前記セル内で超
音波信号8とパルス超音波11によつて作られた
二次元位相格子を通過する平面波光は二次元的位
相変化を受け、これをレンズ13によつて集束す
るとレンズの焦点面14に二次元回折像が生ず
る。同図bは光軸方向より見た音響光学的セル1
を示し、同図cは同図bのx、y軸と空間的に平
行になるようα、β軸を定めた空間的光学フイル
タ15を示している。前記空間的光学フイルタは
前記焦点面に配置され、所望の回折像輝点を検出
するものである。さて、前記セル内における超音
波信号8の格子定数はv/Sであるから、この正
弦波格子による回折像はフラウンホーフアーの回
折原理によつて、前記フイルタ面上のα軸上、光
軸点より±dSだけ離れた点に生ずる。dSの値は、
dS=±(λFS)/v ………(2)
で表わされ、λは平面波光の波長、Fはレンズ1
3の焦点距離である。同様に、前記パルス超音波
による回折像輝点はβ軸上の光軸より±dBだけ離
れた場所に生ずる。dBの値は、パルス超音波の正
弦波(搬送波)周波数をBとすれば、
dB=±(λFB)/v ………(3)
で表わされる。本発明では、検出する回折像を1
次回折輝点のみに限定しているため、上式(2)、(3)
のdS、dBの値は1次回折光の位置を示すものであ
る。前記2つの超音波が重なつた領域を通過した
平面波光による回折輝点は、前記超音波信号によ
りα軸方向に回折した平面波光が、さらに、前記
パルス超音波によつてβ軸方向に回折したもの、
あるいは、この逆と考えることができ、前記フイ
ルタ面上のR1〜4(±dS、±dB)の位置に発生する。
第7図cには、これら輝点の位置が示されてい
る。前述したとうりパルス超音波の振幅値を一定
に保ちながらこの4点の輝点のうち、1個以上の
ものを検出すれば、アナログ入力信号の遅延した
サンプリング出力信号を得ることができる。 Next, an optical method for detecting the degree of overlapping of two ultrasonic waves within the acousto-optic cell 1 will be described. As shown in FIG. When the light is focused, a two-dimensional diffraction image is generated at the focal plane 14 of the lens. Figure b shows the acousto-optic cell 1 seen from the optical axis direction.
Figure c shows a spatial optical filter 15 whose α and β axes are spatially parallel to the x and y axes of figure b. The spatial optical filter is arranged at the focal plane and detects a desired diffraction image bright spot. Now, since the grating constant of the ultrasonic signal 8 in the cell is v/ S , the diffraction image by this sine wave grating is generated on the α axis on the filter surface by the Fraunhofer diffraction principle. It occurs at a point that is ±d S away from the axis point. The value of d S is expressed as d S = ±(λF S )/v (2), where λ is the wavelength of the plane wave light, and F is the length of the lens 1.
It has a focal length of 3. Similarly, the diffraction image bright spot due to the pulsed ultrasound is generated at a location on the β axis, away from the optical axis by ±d B. The value of d B is expressed as d B =±(λF B )/v (3) where B is the sine wave (carrier wave) frequency of the pulsed ultrasound. In the present invention, the diffraction image to be detected is
Since it is limited to only the bright spot of the next diffraction, the above equations (2) and (3)
The values of d S and d B indicate the position of the first-order diffracted light. A diffraction bright spot due to plane wave light passing through a region where the two ultrasonic waves overlap is formed by the plane wave light diffracted in the α-axis direction by the ultrasonic signal and further diffracted in the β-axis direction by the pulsed ultrasonic wave. what you did,
Alternatively, it can be considered to be the opposite, and occurs at the positions R 1 to R 4 (±d S , ±d B ) on the filter surface.
FIG. 7c shows the positions of these bright spots. As described above, by detecting one or more of these four bright spots while keeping the amplitude value of the pulsed ultrasound constant, a delayed sampling output signal of the analog input signal can be obtained.
第8図は、本発明の電気信号の時間軸変換装置
の実施例における全体構成図である。時間軸処理
を行なうべきアナログ入力信号を信号入力端子1
6に加え、平方根演算回路17によつて振幅の自
乗圧縮を行う。この自乗圧縮の目的は、遅延信号
検出の際の光電変換における光電変換器18の自
乗特性を補正し、本装置の入出力信号振幅に比例
関係を持たせることである。もちろん、前記アナ
ログ入力信号が2値信号の場合には、この回路は
必要としない。さて、平方根演算回路17の出力
信号は、第1の振幅変調回路19に送られ、第1
の発振器20で発生させた正弦波搬送波を振幅変
調する。この振幅変調を受けた正弦波信号は、音
響光学的セル1の内部に設置されている第1の振
動子4に加えられ、前記セル内の超音波伝搬物質
2中に超音波信号8として放射される。一方、第
2の発振器21で発生させた第2の正弦波搬送波
は複数の出力端子を有する分配回路22に送ら
れ、掃引制御回路23より送られてくる掃引制御
信号に従つて前記複数の出力端子に順次規制的に
分配される。前記複数の出力端子は一定の順序で
前記セル内に配列されている複数の第2の振動子
5に接続されており、これによつて、前記第2の
振動子よりパルス状の超音波ビームがあたかも前
記セル内を走査するように順次発射される。前記
セル内において、前記超音波ビームによつて走査
された前記超音波信号8は、前記セルの光透過窓
3a,3bを通過している平面波光の位相を変調
し、この位相変調を受けた平面波光はレンズ13
で集束して回折像を生ずる。この回折像のうち、
前記超音波ビームと前記超音波信号が重なり合う
ことによつて生じた輝点のみを空間的光学フイル
タ15により検出し、光電変換器18によつて電
気信号に変換すれば、前記アナログ入力信号の遅
延時間を異にしたサンプリング出力信号が得られ
る。この出力信号を電気的な低減通過フイルタ2
4を通過させることにより、その包絡線波形を検
出すれば、すでに詳細は説明したとうり、前記ア
ナログ入力信号の時間軸圧縮、伸長、逆転、サン
プルホールドした信号が得られる。 FIG. 8 is an overall configuration diagram of an embodiment of the electric signal time axis conversion device of the present invention. Signal input terminal 1
6, the square root calculation circuit 17 performs square compression of the amplitude. The purpose of this square compression is to correct the square characteristic of the photoelectric converter 18 in photoelectric conversion during delayed signal detection, and to provide a proportional relationship to the input/output signal amplitude of this device. Of course, this circuit is not required if the analog input signal is a binary signal. Now, the output signal of the square root calculation circuit 17 is sent to the first amplitude modulation circuit 19.
A sinusoidal carrier wave generated by an oscillator 20 is amplitude-modulated. This amplitude-modulated sinusoidal signal is applied to a first transducer 4 installed inside the acousto-optic cell 1, and is emitted as an ultrasonic signal 8 into the ultrasonic propagation material 2 within the cell. be done. On the other hand, the second sine wave carrier generated by the second oscillator 21 is sent to a distribution circuit 22 having a plurality of output terminals, and the plurality of outputs are output according to a sweep control signal sent from a sweep control circuit 23. It is distributed sequentially and regulatedly to the terminals. The plurality of output terminals are connected to a plurality of second transducers 5 arranged in the cell in a certain order, whereby a pulsed ultrasonic beam is transmitted from the second transducer. are fired sequentially as if scanning the inside of the cell. In the cell, the ultrasonic signal 8 scanned by the ultrasonic beam modulates the phase of the plane wave light passing through the light transmission windows 3a and 3b of the cell, and receives this phase modulation. Lens 13 for plane wave light
is focused to produce a diffraction image. Of this diffraction image,
If only the bright spots generated by the overlap of the ultrasound beam and the ultrasound signal are detected by the spatial optical filter 15 and converted into electrical signals by the photoelectric converter 18, the delay of the analog input signal can be reduced. Sampled output signals at different times are obtained. This output signal is passed through an electrically reduced pass filter 2.
4 and detecting the envelope waveform, as already explained in detail, a signal obtained by time-base compression, expansion, inversion, and sample-holding of the analog input signal can be obtained.
本発明は以上のような構成であり、第1、第2
の振動子4,5および超音波吸収部材6a,6b
を内壁に備えた音響光学的セル1に平面波光を入
射し、前記振動子より前記振動子より前記セル内
に充てんしてある超音波伝搬物質2中に超音波信
号を発射して前記平面波光に位相変化を与え、こ
の位相変化をレンズ13、空間的光学フイルタ1
5を用いた光学的手法によつて検出し、光電変換
することにより前記第1の振動子に加えた電気信
号の包絡線波形、すなわちアナログ入力信号を時
間遅延させて得ることができる。さらに、前記第
2の振動子より発射される信号検出用の超音波ビ
ームの発射時刻と発射位置とを、掃引制御回路2
3によつて規則的順序に定めれば、前記アナログ
入力信号のわずかずつ遅延時間の異なるサンプリ
ング出力信号を得ることができるため、この信号
を低域通過フイルタで復調して前記アナログ入力
信号の時間軸を変換した信号、すなわち、時間軸
圧縮、伸長、逆転、およびサンプルホールドの信
号を得ることができる効果を有する。 The present invention has the above configuration, and includes the first and second
transducers 4, 5 and ultrasonic absorption members 6a, 6b
Plane wave light is incident on an acousto-optic cell 1 having an inner wall thereof, and an ultrasonic signal is emitted from the transducer into an ultrasonic propagation substance 2 filled in the cell to generate the plane wave light. This phase change is applied to the lens 13 and the spatial optical filter 1.
The envelope waveform of the electric signal applied to the first vibrator, that is, the analog input signal, can be obtained with a time delay by detecting the signal using an optical method using the oscillator 5 and photoelectrically converting the signal. Furthermore, the sweep control circuit 2 controls the emission time and emission position of the ultrasonic beam for signal detection emitted from the second transducer.
3, it is possible to obtain sampling output signals with slightly different delay times of the analog input signal, so this signal is demodulated with a low-pass filter and the delay time of the analog input signal is determined in a regular order. It has the effect of being able to obtain signals whose axes have been transformed, that is, signals of time axis compression, expansion, inversion, and sample hold.
本発明では、必ずしも音響光学的セル1の内部
において、2つの超音波信号を重ね合わせる必要
は無く、光軸方向より見て、2つの超音波が重な
りあつている状態であればよい。従つて、必要に
応じて超音波信号、超音波ビームの各々に専用の
セルを用いた多セル構造として光学系の調整を容
易にしたり、また、超音波伝搬媒質に異なる物質
を用いて、より速く超音波ビームが超音波信号を
通過するよう改良し、サンプリング周期を短くす
ることも可能である。 In the present invention, it is not necessarily necessary to superimpose two ultrasonic signals inside the acousto-optic cell 1, but it is sufficient that the two ultrasonic waves overlap each other when viewed from the optical axis direction. Therefore, if necessary, it is possible to easily adjust the optical system by using a multi-cell structure using dedicated cells for each of the ultrasound signals and ultrasound beams, or by using different materials for the ultrasound propagation medium. It is also possible to improve the ultrasonic beam to pass through the ultrasonic signal quickly and shorten the sampling period.
第1図は電気信号処理用音響光学的セルの構造
を示す図、第2図は音響光学的セル内の振動子と
超音波吸収部材の配置を示す図、第3図は音響光
学的セル内における2つの超音波の重なりを示す
図、第4図はパルス超音波によるサンプリングの
状態を示す図、第5図は時間軸圧縮処理の一例を
示す図、第6図は時間軸逆転処理の一例を示す
図、第7図は出力信号の光学的検出法を示す図、
第8図は本発明の実施例における構成を示す図で
ある。
1は電気信号処理用音響光学的セル、2は超音
波伝搬媒質、3a,3bは光透過窓、4は第1の
振動子、5は第2の振動子、6a,6bは超音波
吸収部材、13はレンズ、15は空間的光学フイ
ルタ、17は平方根演算回路、18は光電変換
器、19は振幅変調回路、22は分配回路、23
は掃引制御回路を示す。
Figure 1 is a diagram showing the structure of an acousto-optic cell for electrical signal processing, Figure 2 is a diagram showing the arrangement of a transducer and an ultrasonic absorption member in the acousto-optic cell, and Figure 3 is a diagram showing the arrangement of an acousto-optic cell. Figure 4 is a diagram showing the state of sampling by pulsed ultrasound, Figure 5 is a diagram showing an example of time axis compression processing, and Figure 6 is an example of time axis reversal processing. FIG. 7 is a diagram showing an optical detection method of the output signal,
FIG. 8 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention. 1 is an acousto-optic cell for electrical signal processing, 2 is an ultrasound propagation medium, 3a and 3b are light transmission windows, 4 is a first transducer, 5 is a second transducer, and 6a and 6b are ultrasound absorbing members. , 13 is a lens, 15 is a spatial optical filter, 17 is a square root calculation circuit, 18 is a photoelectric converter, 19 is an amplitude modulation circuit, 22 is a distribution circuit, 23
indicates the sweep control circuit.
Claims (1)
力により第1の正弦波信号を振幅変調して第1の
電気信号とする振幅変調回路19と;第2の正弦
波信号を複数の端子に分配する分配回路22と;
該分配回路の信号分配動作を制御する掃引制御回
路23と;超音波伝搬媒質を充てんした電気信号
処理用音響光学的セルであつて、該セルの対向す
る両壁に備えられ光束を通過させる光透過窓3
a,3bと、該第1の電気信号を第1の超音波に
変換し前記光束の光進行方向と垂直に前記媒質中
に放射する第1の振動子4と、該第1の振動子か
ら超音波放射方向に所定の距離はなれて配置され
該分配回路の複数の出力端子にそれぞれ接続され
ていて前記第2の正弦波信号を第2の超音波に変
換し前記光進行方向と垂直にかつ前記第1の超音
波と交差するように前記媒質中に放射する複数個
の第2の振動子5と、前記第1、第2の超音波を
吸収するために前記第1、第2の振動子にそれぞ
れ対向して備えられた超音波吸収部材6a,6b
とを備えた電気信号処理用音響光学的セル1と;
該セルを透過した前記光束を集束するレンズ13
と;該レンズにより作られた回折像のうち所定位
置の輝点を検出する空間的光学フイルタ15と;
該フイルタの光出力を電気信号に変換する光電変
換器18とを備え、前記輝点の所定位置が該第
1、第2の正弦波信号の周波数と光軸に対する前
記第1、第2の超音波の放射方向とに関連して定
まり、前記輝点の輝度が前記交差位置における該
第1、第2の超音波の振幅値に関連して定まり、
前記光電変換器の出力信号が前記所望の第2の振
動子が配置された前記所定距離と該第1の超音波
の伝搬速度とに関連して定まる時間だけ遅延して
出力されるようになつていることを特徴とする電
気信号の時間軸変換装置。1. A square root calculation circuit 17 for signal input; An amplitude modulation circuit 19 that amplitude-modulates a first sine wave signal using the circuit output to produce a first electric signal; and distributes a second sine wave signal to a plurality of terminals. a distribution circuit 22;
a sweep control circuit 23 that controls the signal distribution operation of the distribution circuit; an acousto-optic cell for electrical signal processing filled with an ultrasonic propagation medium, which is provided on both opposing walls of the cell and that allows light to pass through; Transparent window 3
a, 3b, a first oscillator 4 that converts the first electric signal into a first ultrasonic wave and radiates it into the medium perpendicular to the light traveling direction of the light beam, and from the first oscillator. The second sine wave signal is arranged at a predetermined distance in the ultrasonic radiation direction and connected to a plurality of output terminals of the distribution circuit, and converts the second sine wave signal into a second ultrasonic wave, and is arranged perpendicularly to the light traveling direction and connected to a plurality of output terminals of the distribution circuit. a plurality of second oscillators 5 that radiate into the medium so as to intersect with the first ultrasonic waves; and the first and second vibrations for absorbing the first and second ultrasonic waves. Ultrasonic absorption members 6a and 6b provided opposite to each other
an acousto-optic cell 1 for electrical signal processing;
A lens 13 that focuses the light beam transmitted through the cell.
and; a spatial optical filter 15 that detects a bright spot at a predetermined position in the diffraction image created by the lens;
a photoelectric converter 18 that converts the optical output of the filter into an electrical signal, and the predetermined position of the bright spot is set at a frequency of the first and second sinusoidal signals and the first and second superpositions with respect to the optical axis. determined in relation to the radiation direction of the sound wave, and the brightness of the bright spot is determined in relation to the amplitude values of the first and second ultrasound waves at the intersection position,
The output signal of the photoelectric converter is delayed by a time determined in relation to the predetermined distance at which the desired second transducer is disposed and the propagation speed of the first ultrasonic wave. An electrical signal time axis conversion device characterized by:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13633881A JPS5838018A (en) | 1981-08-31 | 1981-08-31 | Time axis converter for electric signal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13633881A JPS5838018A (en) | 1981-08-31 | 1981-08-31 | Time axis converter for electric signal |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5838018A JPS5838018A (en) | 1983-03-05 |
| JPS6354243B2 true JPS6354243B2 (en) | 1988-10-27 |
Family
ID=15172870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13633881A Granted JPS5838018A (en) | 1981-08-31 | 1981-08-31 | Time axis converter for electric signal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5838018A (en) |
-
1981
- 1981-08-31 JP JP13633881A patent/JPS5838018A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5838018A (en) | 1983-03-05 |
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